JP2006170042A

JP2006170042A - 燃料噴射弁

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Publication number: JP2006170042A
Application number: JP2004362594A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nagatomo; 宏明永友; Taishin Tani; 谷　　泰臣; Yusuke Motoe; 勇介本江
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: JP4254707B2

Abstract

【課題】燃焼圧力によるニードルの開弁力を低減する。
【解決手段】ニードルの内部には、前記弁ボデーに直接的又は間接的に固定され、前記ニードルを軸方向に摺動可能に内周で案内する圧力低減部材が設けられ、前記摺動部分には、シール部が設けられ、前記圧力低減部材の噴孔側端面と前記ニードルの噴孔側端面との間かつ前記ニードルの内部には、ニードルの軸方向の中心に向かい伸びる段差部が設けられ、前記圧力低減部材の噴孔側端面と前記段差部の上面の間には、空間が設けられ、前記空間と前記噴孔が連通しており、
前記噴孔が、前記弁ボデーの前記ニードル着座部分の内周側に設けられ、前記ニードルの段差部の上面と下面とにより前記ニードルにかかる圧力を打ち消しあうように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料噴射弁に関し、例えば内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁に関する。

燃料噴射弁としては内燃機関へ供給する燃料の流通および遮断を正確に行うために弁座に着座および離座するニードルを、ニードルに連結され協働する可動コアを介してコイルが発生する磁気吸引力によって固定コアに接離するものが知られている。（特許文献１参照）燃料噴射弁は、内燃機関における燃焼効率を向上する観点から、燃料の噴射量を調整する性能（調量性能）を高めることが要求される。
特開２０００−８９９０

しかし、特許文献１の従来技術では、内燃機関の燃焼室の圧力上昇により、ニードルが開弁してしまうため、ニードルを閉弁方向に付勢するスプリングの付勢力を強くする必要がある。そのため、スプリングの付勢力に打ち勝ってニードルを開弁する為にニードル駆動部を大型化する必要があり、駆動部の大型化により燃料の調量性能に悪影響を及ぼす，またはコストが高くなるという課題があった。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、燃焼室圧力によるニードルの開弁力を低減することである。

第１の発明においては、噴孔を備えた弁ボデーと、前記弁ボデーに着座および離座することで前記噴孔を開閉するニードルとを備える燃料噴射弁において、前記ニードルの内部には、前記弁ボデーに直接的又は間接的に固定され、前記ニードルを軸方向に摺動可能に内周で案内する圧力低減部材が設けられ、前記摺動部分には、シール部が設けられ、前記圧力低減部材の噴孔側端面と前記ニードルの噴孔側端面との間かつ前記ニードルの内部には、ニードルの軸方向の中心に向かい伸びる段差部が設けられ、前記圧力低減部材の噴孔側端面と前記段差部の上面の間には、空間が設けられ、前記空間と前記噴孔が連通しており、前記噴孔が、前記弁ボデーの前記ニードル着座部分の内周側に設けられ、前記ニードルの段差部の上面と下面とにより前記ニードルにかかる圧力を打ち消しあうように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁を提供する。

これによると、前記ニードルの段差部の上面と下面とにより燃焼室圧力の全て又は一部を打ち消し合う構成に出来るため、燃焼室圧力の増加によるニードルの開弁力を低減することが出来る。

また、請求項２に記載の発明のように、前記噴孔が、複数設けられていると良い。これによると、噴霧形成自由度を向上することが出来る。

また、請求項３に記載の発明のように、前記ニードルの段差部の上面の燃焼室圧力受圧面積をＡ１、下面の燃焼室圧力受圧面積をＡ２とした場合Ａ２＝Ａ１の関係になるように構成すると、前記ニードルの段差部の上面と、下面の燃焼室圧力受圧面積が略等しくできニードルにかかる燃焼室圧力のバランスが取られる構成に出来るため、燃焼室圧力の増加によるニードルの開弁力を低減することが出来る。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ニードルの段差部の上面の燃焼室圧力受圧面積をＡ１、下面の燃焼室圧力受圧面積をＡ２とした場合Ａ２＞Ａ１の関係になるように構成すると、前記ニードルの段差部の上面の燃焼室圧力受圧面積より、下面の燃焼室圧力受圧面積を大きくでき、ニードルを弁ボデーから離座させるときに、ニードルの開弁方向への移動を速やかに行なうことが出来る。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ニードルの段差部の上面の燃焼室圧力受圧面積をＡ１、下面の燃焼室圧力受圧面積をＡ２とした場合Ａ２＜Ａ１の関係になるように構成すると、前記ニードルの段差部の上面の燃焼室圧力受圧面積より、下面の燃焼室圧力受圧面積を小さくでき、ニードルを弁ボデーに着座させるときに、ニードルの閉弁方向への移動を速やかに行なうことが出来る。

第２の発明においては、噴孔を備えた弁ボデーと、前記弁ボデーに着座および離座することで前記噴孔を開閉するニードルとを備える燃料噴射弁において、前記ニードルは、略円筒状に形成され、前記ニードルの内部には、前記弁ボデーに直接的又は間接的に固定され、前記ニードルを軸方向に摺動可能に内周で案内する圧力低減部材が設けられ、前記摺動部分には、シール部が設けられ、前記ニードルの噴孔側端面を前記弁ボデーに着座させ、前記圧力低減部材により前記ニードルにかかる圧力を低減するように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁を提供する。

これによると、ニードルの噴孔側端面の燃焼室圧力受圧面積が低減出来るため、燃焼室圧力の増加によるニードルの開弁力を低減することが出来る。

また、請求項７に記載の発明のように、前記圧力低減部材が、燃料入口側で固定されていると良い。

また、請求項８に記載の発明のように、前記弁ボデーの燃料入口側には、固定コアが設けられ、前記圧力低減部材が、前記固定コアに固定されていると良い。

これによると、弁ボデーの噴孔側端面で圧力低減部材を固定する必要がないため、弁ボデーの噴孔側端面において、噴孔を設けることが可能な面積を広くすることが出来る。

また、請求項９に記載の発明のように、前記圧力低減部材が、噴孔側、例えば、請求項１０に記載の発明のように、前記弁ボデーの噴孔側に設けられた多孔噴孔板、または、請求項１１に記載の発明のように、前記弁ボデーの噴孔側端面で固定されていると、多孔噴孔板または弁ボデー噴孔側端面と、圧力低減部材との固定が容易となる。

本実施形態では、燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ）は内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）、特にガソリンエンジンに用いられる。インジェクタは、噴孔部分がエンジンの燃焼室に臨むように設けられる。インジェクタには、高圧燃料ポンプにより加圧された高圧燃料が、燃料分配管を介して供給される。

なお、インジェクタに供給される燃料はプレッシャーレギュレーターによって所定の圧力（例えば２〜１３ＭＰａ）に調圧されている。

第１の発明の実施形態の構成を図面に従って説明する。図１は燃料噴射弁の構成を示す断面図である。

図１に示すように、インジェクタ１は、略円筒形状であり、一端から燃料を受けインジェクタ１内部の燃料通路を経由して他端から燃料を噴射する。インジェクタ１は燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂと、弁部Ｂを駆動する電磁駆動部Ｓとを備えており、一端から燃料通路内に流入した燃料を弁部Ｂからエンジンの燃焼室に噴射供給する。

弁部Ｂは、図１に示すように、弁ボデー１２と、ニードル３０と、圧力低減部材１０１とを含んで構成される。

弁ボデー１２は、略有底円筒状に形成される。前記弁ボデー１２の内側には、ニードル３０の端面が当接または離間する弁座１４が設けられている。前記弁座１４の内側には、弁ボデー１２の内側と外側（燃焼室側）の間を貫通する噴孔２１が設けられている。

圧力低減部材１０１は、略円筒状に形成され、弁ボデー１２の燃料入口側の内周壁に固定されている。

ニードル３０は、略円筒状に形成され、燃料入口側に磁性体から形成される可動コア部５０を備えている。前記ニードル３０の噴孔２１側には、段差部３１が設けられており、前記段差部３１には、ニードル３０の内周と噴孔２１とを連通する連通孔３２が設けられている。前記ニードル３０は、弁ボデー１２内に収められており、頭部内周で圧力低減部材１０１により案内されると共に、圧力低減部材１０１に沿って軸方向に摺動することで、弁座１４に着座および離座可能となっている。前記摺動部分には、シール部１０２が設けられている。

ここで、圧力低減部材１０１は固定されており圧力の影響をニードル３０に与えないため、ニードル３０にかかる圧力が低減されている。また、ニードル３０の段差部３１の上面の燃焼室圧力受圧面積Ａ１と、下面の燃焼室圧力受圧面積Ａ２との関係は、次式（１）のようになっており、互いに打ち消されるように構成されている。（ｄ１は段差部３１の上面の燃焼室圧力受圧面の直径であり、ｄ２は段差部３１の下面の燃焼室圧力受圧面の直径である。）

このように構成された弁部Ｂでは、ニードル３０の外周側を燃料が通っており、このニードル３０が弁ボデー１２に着座した状態のとき燃料の噴射が遮断され、一方、離座した状態のとき弁座１４部分に設けられた噴孔２１から燃料が噴射される。

電磁駆動部Ｓは、図１に示すように、固定コア５４、スプリング５８、コイル６０とを有する。

固定コア５４は、磁性材料で略円筒状に形成されている。前記固定コア５４は、弁ボデー１２内に、可動コア部を備えたニードル３０に対し燃料入口側方向かつニードル３０と向き合う位置に固定されている。

スプリング５８は、ニードル３０を噴孔２１側に付勢するように固定されている。

コイル６０は、樹脂製などのスプール（図示せず）に巻回されている。スプールは弁ボデー１２内に固定されている。コイル６０の端部は、２つのターミナル（図示せず）として引き出されており、外部電源等からターミナルへ電流が供給される。

ここでコイル６０、スプール、ターミナルは駆動コイルを構成しており、コイル６０に通電し磁気吸引力を発生することにより、ニードル３０を固定コア５４側に吸引する。

このように構成された電磁駆動部Ｓ２では、コイル６０に通電し磁気吸引力が発生した状態のとき、固定コア５４はニードル３０を磁気吸引し、弁座１４から離間する。一方、コイル６０への通電を切断し磁気吸引力が消失した状態のとき、ニードル３０は、スプリング５８による噴孔２１側への付勢力によって、弁座１４に着座する。

図２は、第１の発明における別の実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図である。

図２に示すように、弁座１４の内側には、複数の噴孔２１が設けられている。このように構成されたインジェクタ１は、ニードル３０が弁座１４から離座した状態のとき、弁座１４の内側に設けられた複数の噴孔２１からエンジンの燃焼室へ燃料を噴射する。

第１の発明によると、ニードル３０の段差部３１の上面と、下面の燃焼室圧力受圧面積が略等しくできニードル３０にかかる燃焼室圧力のバランスが取られる構成に出来るため、燃焼室圧力の増加によるニードルの開弁力を低減することが出来る。また、図２に記載の発明では、ニードル３０上部にかかる燃料圧力とニードル３０下部にかかる圧力を受圧面径ｄ１、ｄ２の関係により制御可能であり、燃焼室圧力だけでなく燃料圧力の制御も可能であり、燃料圧力による閉弁力を低減することが出来る。

なお、第１の発明に用いられる構成は本発明の課題を達成出来るものであれば、本実施形態の構成に限定されない。例えば、ニードル３０の段差部３１の上面の燃焼室圧力受圧面の直径をｄ１、下面の燃焼室圧力受圧面の直径をｄ２とした場合、ニードル３０の開弁性を向上させたい場合には、次式（２）の関係になるように構成しても良く、閉弁性を向上させたい場合には、次式（３）の関係になるように構成しても良い。

第２の発明の実施形態の構成を図面に従って説明する。図３は、燃料噴射弁の構成を示す断面図である。

図３に示すように、インジェクタ１は、略円筒形状であり、一端から燃料を受けインジェクタ１内部の燃料通路を経由して他端から燃料を噴射する。インジェクタ１は燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂ３と、弁部Ｂ３を駆動する電磁駆動部Ｓ３とを備えており、一端から燃料通路内に流入した燃料を弁部Ｂ３からエンジンの燃焼室に噴射供給する。

弁部Ｂ３は、図３に示すように、弁ボデー１２と、ニードル３０とを含んで構成される。

弁ボデー１２は、段差付きの略円筒状に形成される。前記弁ボデー１２の内側には、ニードル３０の端面が当接または離間する弁座１４が設けられている。この弁座１４の内側には、噴孔２１が設けられている。前記弁ボデー１２の燃焼室側端面には、複数（例えば５〜１２個）の噴孔を備えた多孔噴孔板３０３が設けられている。

ニードル３０は、略円筒状に形成され、燃料入口側に磁性体から形成される可動コア部５０を備えている。このニードル３０には、燃料入口側端面と噴孔側端面の間を軸方向に貫通する空洞が設けられている。この空洞内には、ニードル３０を摺動可能に内周で案内する圧力低減部材３０１が設けられている。前記摺動部分には、シール部３０２が設けられている。前記圧力低減部材３０１は、上面に円形の板状部材３０１１を備えており、ニードル３０の上面に設けられている固定コア５４の上面まで伸びていると共に、板状部材３０１１下面で固定コア５４に固定されている。前記ニードル３０は、前記弁座１４に着座および離座可能となるように、弁ボデー１２内に軸方向に摺動可能に収められている。

ここで、圧力低減部材３０１は固定されており圧力の影響を受けないため、ニードル３０にかかる圧力が低減されている。よって、ニードル３０の燃焼室圧力受圧面積Ａｆは、次式（４）のようになる。（ｄ１は圧力低減部材３０１の直径であり、ｄ２は弁座１４の直径である。）

このように構成された弁部Ｂ３では、ニードル３０の外周を燃料が通る。このニードル３０が弁ボデー１２に着座した状態のとき、燃料の噴射が遮断され、一方、離座した状態のとき、弁座１４の内側に設けられた噴孔２１から多孔噴孔板３０３に設けられた噴孔を介してエンジンの燃焼室へ燃料が噴射される。

電磁駆動部Ｓ３は、第１の発明に用いられる電磁駆動部Ｓと同じ構成のため、省略する。

図４および図５は、第２の発明における別の実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図である。図４は、燃料噴射弁の構成を示す断面図であり、図５は、図４の弁座１４部分をさらに拡大した図である。

図４および図５に示すように、弁ボデー１２の噴孔２１側には、多孔噴孔板３０３が設けられおり、この多孔噴孔板３０３に圧力低減部材３０１が設けられている。

ここで、圧力低減部材３０１は固定されており圧力の影響を受けないため、ニードル３０にかかる圧力が低減されている。よって、ニードル３０の燃焼室圧力受圧面積Ａｆは、次式（５）のようになる。（ｄ１は圧力低減部材３０１の直径であり、ｄ２は弁座１４の直径である。）

このように構成されたインジェクタ１は、ニードル３０が弁座１４から離座した状態のとき、弁座１４の内側に設けられた噴孔２１から多孔噴孔板３０３に設けられた噴孔を介してエンジンの燃焼室へ燃料を噴射する。

図６は、第２の発明における別の実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図であり、弁座１４部分を拡大した図である。

図６に示すように、弁ボデー１２の噴孔２１側端面には、ニードル３０を内周で案内する圧力低減部材３０１が設けられている。弁ボデー１２のニードル３０の外周が着座する部分には、噴孔２１が設けられている。

ここで、圧力低減部材３０１は固定されており圧力の影響を受けないため、ニードル３０にかかる圧力が低減されている。よって、ニードル３０の燃焼室圧力受圧面積Ａｆは、次式（６）のようになる。（ｄ１は圧力低減部材３０１の直径であり、ｄ２は弁座１４の直径である。）

このように構成されたインジェクタ１は、ニードル３０が弁座１４から離座した状態のとき、弁座１４の内側に設けられた複数の噴孔２１からエンジンの燃焼室へ燃料を噴射する。

第２の発明によると、ニードル３０の噴孔側端面の燃焼室圧力受圧面積が低減出来るため、燃焼室圧力の増加によるニードルの開弁力を低減することが出来る。また、図３に記載の発明では、ニードル３０上部にかかる燃料圧力とニードル３０下部にかかる圧力を受圧面径ｄ１、ｄ２の関係により制御可能であり、燃焼室圧力だけでなく燃料圧力の制御も可能であり、燃料圧力による閉弁力を低減することが出来る。

なお、第１および第２の発明に用いられる構成は本発明の課題を達成出来るものであれば、本実施形態の構成に限定されない。例えば圧電素子（ピエゾ素子など）によりニードルを変位させるようにした構造の燃料噴射弁に本発明を適用しても良く、本発明を適用したインジェクタをディーゼルエンジンに用いても良い。

発明１における実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図（１）である。発明１における実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図（２）である。発明２における実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図（１）である。発明２における実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図（２）である。図４の弁座１４部分の拡大図である。発明２における実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図（３）である。

符号の説明

１２弁ボデー（弁本体）
１４弁座
２１噴孔
３０ニードル
５０可動コア
５４固定コア
５８スプリング（付勢部材）
６０コイル

Claims

噴孔を備えた弁ボデーと、
前記弁ボデーに着座および離座することで前記噴孔を開閉するニードルとを備える燃料噴射弁において、
前記ニードルの内部には、前記弁ボデーに直接的又は間接的に固定され、前記ニードルを軸方向に摺動可能に内周で案内する圧力低減部材が設けられ、
前記摺動部分には、シール部が設けられ、
前記圧力低減部材の噴孔側端面と前記ニードルの噴孔側端面との間かつ前記ニードルの内部には、ニードルの軸方向の中心に向かい伸びる段差部が設けられ、
前記圧力低減部材の噴孔側端面と前記段差部の上面の間には、空間が設けられ、
前記空間と前記噴孔が連通しており、
前記噴孔が、前記弁ボデーの前記ニードル着座部分の内周側に設けられ、
前記ニードルの段差部の上面と下面とにより前記ニードルにかかる圧力を打ち消しあうように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
前記噴孔が、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記ニードルの段差部の上面の燃焼室圧力受圧面積をＡ１、下面の燃焼室圧力受圧面積をＡ２とした場合Ａ２＝Ａ１の関係になるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
前記ニードルの段差部の上面の燃焼室圧力受圧面積をＡ１、下面の燃焼室圧力受圧面積をＡ２とした場合Ａ２＞Ａ１の関係になるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
前記ニードルの段差部の上面の燃焼室圧力受圧面積をＡ１、下面の燃焼室圧力受圧面積をＡ２とした場合Ａ２＜Ａ１の関係になるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
噴孔を備えた弁ボデーと、
前記弁ボデーに着座および離座することで前記噴孔を開閉するニードルとを備える燃料噴射弁において、
前記ニードルは、略円筒状に形成され、
前記ニードルの内部には、前記弁ボデーに直接的又は間接的に固定され、前記ニードルを軸方向に摺動可能に内周で案内する圧力低減部材が設けられ、
前記摺動部分には、シール部が設けられ、
前記ニードルの噴孔側端面を前記弁ボデーに着座させ、
前記圧力低減部材により前記ニードルにかかる圧力を低減するように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
前記圧力低減部材が、燃料入口側で固定されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁。
前記弁ボデーの燃料入口側には、固定コアが設けられ、
前記圧力低減部材が、前記固定コアに固定されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射弁。
前記圧力低減部材が、噴孔側で固定されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁。
前記弁ボデーの噴孔側には、多孔噴孔板が設けられ、
前記圧力低減部材が、前記多孔噴孔板に固定されていることを特徴とする請求項９に記載の燃料噴射弁。
前記圧力低減部材が、前記弁ボデーの噴孔側端面に固定されていることを特徴とする請求項９に記載の燃料噴射弁。